Wiele nowości w procesorach i formatach

Rys. 7. Ocena jaką część obrotów firmy tworzą: a) modułów i komputery jednopłytkowe i b) pamięci Flash

Bezsprzecznie najwięcej dzieje się w dziedzinie wykorzystywanych procesorów, których w zakresie tematyki tego opracowania jest po prostu bez liku. Okres całkowitej dominacji architektury ×86 mamy już za sobą, bo obok komputerów z procesorami ×86 coraz bardziej popularne są urządzenia z układami ARM. Ich atutem jest niska cena, dobra możliwość integracji w ramach jednochipowego układu SoC, niski pobór mocy, możliwość instalacji i obsługi systemu operacyjnego Android lub Linux Embedded oraz wsparcie ze strony dużych producentów półprzewodników zaangażowanych w ARM-y.

Podobnie jak Intel ma swoich partnerów, z którymi dzieli się wiedzą i technologią, przekazuje próbki układów i dokumentację niezbędną do tworzenia nowych wersji produktów, tak samo w świecie ARM producenci półprzewodników, tacy, jak na przykład Texas Instruments, wytworzyli sieć powiązań z wieloma małymi i dużymi firmami, które implementują chipy.

W ostatnich miesiącach widać, że liczba firm, które projektują i oferują na rynku moduły z Corteksami, bardzo szybko rośnie. Zapowiedź ostrego wejścia układów ARM na rynek komputerów jednopłytkowych i rozwiązań modułowych staje się faktem i należy się liczyć, że w najbliższych latach na omawianym rynku będzie się w tym zakresie sporo działo.

Na razie komputery bazujące na ARM-ach trafiają głównie do komputerów typu SOM, a więc małych płytek przeznaczonych do wbudowania w większą całość. Ich możliwości sprzyjają zastosowaniom, ale od strony popularnych systemów operacyjnych ograniczone są do Linuksa. Z tego powodu firmy, które chcą szybko przygotować jakąś aplikację sterującą lub multimedialną, sięgają najczęściej po gotowe komputery jednopłytkowe zgodne z architekturą ×86, bo na nich działają Windows Embedded.

Układy ARM do takich zastosowań wytwarzają głównie firmy takie jak Freescale (i.MX), Texas Instruments (Sitara i OMAP), Atmel (SAM). Do tego dochodzą rozwiązania z układami SoC integrującymi procesory ARM i układy graficzne, jednostki FPGA Xilinxa (Zync) lub Altery (Cyclone V - Spark 100), Intelowski nowy Quark oraz Snapdragon firmy Qualcomm. Pod każdą z tych nazw kryją się całe rodziny układów różniące się taktowaniem, pamięcią, układami peryferyjnymi itd., tak, że w sumie całość obejmuje minimum setkę jednostek.

Nie oznacza to, że architektura x86 jest już całkowicie w odwrocie. Paleta dostępnych układów Intela też znacznie się rozszerzyła - popularny Atom dostępny jest też w wersjach 2- i 4-rdzeniowych, są nowe Celerony M, układy Core i3-i7, a co chwila popularne układy wychodzą w nowych wersjach technologicznych, czyli generacjach. Te kolejne generacje Atomów, Celeronów (np. J1900) i innych popularnych marek nierzadko tak, diametralnie się różnią od poprzedników, że de facto są to nowe układy, ale celowo przez producenta nazywane tak jak poprzedniki po to, aby budować siłę marki.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców komputerów jednopłytkowych i pamięci Flash dla przemysłu

Drugą widoczną innowacją są nowe rozmiary płyt i modułów komputerów. Można wybierać spośród tradycyjnych płyt głównych w wykonaniu przemysłowym w formatach Mini-ITX, MicroATX, ATX i EATX. Do tego dostępne są komputery jednopłytkowe (a więc z zamontowanym procesorem i pamięcią) o rozmiarach 5,25, 4, 3,5", a nawet o wielkości karty PICMG 1.3 jako System Host Board (SHB).

Są też moduły PC/104, PC/104-Plus, PCI-104, EPIC oraz EBX, a kolejne możliwości dają moduły płytek procesorowych SOM/COM, które są też dostępne w kilku formatach: ETX/XTX, COM Express w trzech odmianach Basic i Compact i Mini, SMARC, QSeven i uQSeven, który ma rozmiary jedynie 40×70 mm. Coraz mniejsze rozmiary to oczywiście skutek rozwoju technologii półprzewodnikowej, w tym rosnącego znaczenia układów SoC (wszystko w jednym chipie) w omawianym sektorze.

Bezsprzecznie sektor komputerów przemysłowych staje się coraz bardziej otwarty dla "przeciętnego" konstruktora, a coraz niższe ceny i większa dostępność sprawiają, że dostęp do tych rozwiązań jest praktycznie nieograniczony.

O ile kiedyś na rynku komputerów jednopłytkowych wyścig technologiczny odnosił się głównie do rosnącej wydajności, o tyle obecnie zdecydowana większość komputerów ma ją na tyle dużą, że wystarcza ona do ogromnej większości aplikacji, a liczy się pobór mocy, wysoka skala integracji w ramach jednego SoC-a, duża liczba dostępnych interfejsów oraz często także wydajna grafika, pozwalająca wyświetlać multimedia i obsługiwać dwa monitory.

W zakresie pamięci przemysłowych także pojawiają się nowe formaty: CFast zastępują CF, jest też mSATA i M.2. Rosną znacznie pojemności dysków i kart pamięci Flash nawet do terabajtów, a całość oferty przemysłowej liczy tak wiele jednostek, że nie ma żadnego problemu z wyborem, nawet jeśli aplikacja wymusza rygor w zakresie szerokiego zakresu temperatur pracy oraz wymaga długiej trwałości zapisywanych danych.

Tak samo jak kilka lat temu rynek komputerów przemysłowych był pod wpływem bezwentylatorowości, tak samo dzisiaj widać odwrót od klasycznych nośników danych, czyli dysków HDD. Parametry pamięci Flash stały się na tyle dobre, a ceny na tyle niskie, że stają się one nośnikiem pierwszego wyboru w przemyśle. Na rysunku 1 pokazano zestawienie najpopularniejszych marek procesorów trafiających do komputerów jednopłytkowych a na rysunku 2 wykres ilustrujący popularne typy pamięci Flash.

Rys. 8. Struktura wielkości obrotów firm ze sprzedaży: a) modułów i komputerów jednopłytkowych i b) pamięci Flash. W obu przypadkach aż 69% dostawców ma z tych produktów nie więcej niż 10% sprzedaży

Nietrudno zauważyć, że za najpopularniejszy został uznany procesor Intel Atom we wszystkich dostępnych wersjach, popularne są także wydajniejsze układy Core i3-i7, które również cieszą się powodzeniem i uznaniem kupujących. Jeśli chodzi o układy ARM, to na razie na wykresie wypadły one słabo, ale trzeba mieć na uwadze to, że procesory te wchodzą na rynek od strony aplikacji popularnych i półprofesjonalnych, a zestawienie dotyczy tej "najpoważniejszej" części rynku.

W zakresie pamięci Flash najpopularniejsze są karty pamięci CF oraz dyski 2,5" SSD. Rozwiązania bardziej specjalistyczne, jak mSATA, które montuje się bezpośrednio na płytach głównych w specjalnych gniazdach, oraz dyski DOM nie są jeszcze tak bardzo popularne, ale jak sygnalizowano nam w ankietach, szybko się upowszechniają. Ich atutem jest wygoda montażu bez dodatkowych kabli.

Karty pamięci i dyski Flash

Rys. 9. Wykresy ilustrują sytuację na rynku w 2014 roku, aktualną ocenę koniunktury oraz stopnia konkurencji dla: a) modułów i komputerów jednopłytkowych i b) pamięci Flash

Nośniki danych z pamięciami Flash to dyski SSD (2,5", mSATA i DOM) oraz karty pamięci, takie jak CF - CompactFlash oraz nowszy CFast, SD Secure Digital. W zastosowaniach profesjonalnych używane są nośniki w specjalnym wykonaniu, które charakteryzuje szeroki zakres temperatur pracy np. od -40°C do +85°C i wilgotność do 95%.

Oprócz wzmocnienia konstrukcji mechanicznej stosuje się też kontrolery z algorytmami detekcji i korekcji błędów, mechanizmami zarządzania uszkodzonymi blokami pamięci i monitorowania parametrów karty, które umożliwiają m.in. określenie stopnia jej zużycia. Niektóre rozwiązania mają też funkcje odzyskiwania danych oraz detekcji przerwy w zasilaniu. Generalnie pamięci Flash dla przemysłu mają też znacznie bardziej złożone kontrolery zarządzające zapisem i rozkładem danych, po to, aby jak najlepiej wykorzystać ograniczoną trwałość tych komórek pamięci i zapewnić najwyższą wydajność.

Oczywiście takie przemysłowe karty i dyski są droższe niż konsumenckie (m.in. z uwagi na pamięci SLC) i tym samym, podobnie jak jest to z komputerami, wiele firm próbuje te drugie wykorzystywać w poważnych zadaniach. Pozytywne jest to, że pamięci Flash szybko tanieją i rynek produktów profesjonalnych dynamicznie się rozwija. Proces ten prowadzi w naturalny sposób do ograniczenia zjawiska wykorzystywania pamięci komercyjnych w zastosowaniach przemysłowych, ale bezsprzecznie on nadal istnieje.

W oczekiwaniach klientów przebija się długa dostępność

Rys. 10. Chmurka najbardziej rozpoznawalnych marek zagranicznych i dostawców krajowych w zakresie SBC

Potrzeby klientów kupujących komputery przemysłowe nie wykraczają specjalnie poza ogólne reguły sprowadzające się do tego, aby dostawca zapewnił tanie, ale dobre jakościowo produkty po korzystnej cenie (rys. 3). Jak widać na wykresie, bardzo wysoko oceniono także długoterminową dostępność danej wersji na rynku, co pozwala zapewnić obsługę posprzedażną bez obaw. W żadnym innym sektorze omawianym w naszych opracowaniach ten czynnik nie został w ankietach oceniony aż tak wysoko.

Za długi okres dostępności uznaje się w branży więcej niż 5 lat. Klienci poszukują także godnych zaufania dystrybutorów, którzy zapewnią im wsparcie techniczne i oprócz płytek z komputerami, także elementów pozwalających na tworzenie przez klienta całych systemów komputerowych. Dotyczy to najczęściej sprzedaży obudów, zasilaczy, dysków twardych lub z pamięciami Flash oraz urządzeń do komunikacji z użytkownikiem (wyświetlaczy).

Na rysunku 4 pokazano zestawienie poszukiwanych przez krajowych klientów cech technicznych komputerów jednopłytkowych, a więc ranking tego, co jest ważne dla klientów w parametrach. Na pierwszym miejscu znalazła się odporność środowiskowa i niezawodność, na dalszych miejscach ogólnie rozumiana funkcjonalność (interfejsy, pobór mocy, wydajność), a co ciekawe, na samym dole zestawienia są możliwości multimedialne i graficzne. Wynika to zapewne z tego, że układy graficzne, które są montowane standardowo, mają wystarczające możliwości lub też, że w warunkach krajowych nie ma specjalnie dużo aplikacji, które posługiwałyby się zaawansowaną grafiką.

Tabela 2. Dane kontaktowe do firm i główne marki w ofertach

Jeśli chodzi o branże, które są głównymi odbiorcami omawianych produktów, a więc SBC i pamięci Flash, co ilustruje wykres na rysunku 5, to za najważniejszą grupę uznano integratorów systemów, a więc firmy zajmujące się budową instalacji automatyki, systemów pomiarowych, budową większych urządzeń i instalacji. Firmy takie projektują wymienione rozwiązania i następnie wykonują je, kupując na rynku potrzebne elementy składowe.

Na kolejnych pozycjach, jeśli chodzi o skalę ważności, ulokowano zakłady przemysłowe i producentów elektroniki typu OEM, będące w bliskim związku z integratorami i przez wiele osób postrzegane jako ten sam odbiorca. Ważnym klientem jest sektor reklamy, wykorzystujący komputery w roli sterowników do wyświetlaczy wielkoformatowych, kiosków i automatów sprzedających, znaków i systemów prezentacyjnych, a także automatów rozrywkowych.

Producenci elektroniki to z kolei naturalny odbiorca komputerów nakładkowych, takich jak moduły SOM oraz COM a także PC/104, PC/104+. Są one montowane na płytkach drukowanych zawierających całość elektroniki wchodzącej w skład urządzenia. Szczególnie ta ostatnia grupa jest ważna, bo integratorzy zawsze kupowali gotowe komputery i z definicji nie są to firmy projektujące urządzenia od zera.